檸條塔煤礦水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征與水害治理模式研究

郭書(shū)全，王 海

（1.陜煤集團(tuán)神木檸條塔礦業(yè)有限公司，陜西 榆林 719300；2.中煤科工西安研究院（集團(tuán)）有限公司，陜西 西安 710077）

0 引 言

根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)，2022年全國(guó)原煤產(chǎn)量45.6億t，同比增長(zhǎng)10.5%，原煤生產(chǎn)增速進(jìn)一步加快。由此可見(jiàn)，煤炭是我國(guó)能源經(jīng)濟(jì)安全的“壓艙石”和“穩(wěn)定器”，其基礎(chǔ)性保障地位在短期內(nèi)不會(huì)改變[1-3]。榆神府礦區(qū)位于陜西省最北端神木縣、府谷縣兩縣境內(nèi)，是我國(guó)已探明保有儲(chǔ)量最大的煤田，約占全國(guó)探明儲(chǔ)量的15%，有多個(gè)年產(chǎn)能千萬(wàn)噸級(jí)的煤礦[4]。然而，隨著煤炭資源的持續(xù)高強(qiáng)度開(kāi)采，礦山所面臨的工程與水文地質(zhì)條件越來(lái)越復(fù)雜，采掘誘發(fā)的事故類(lèi)型越來(lái)越多樣化，其中各類(lèi)突水潰砂災(zāi)害就是典型代表[5-7]。

國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者對(duì)榆神府礦區(qū)高強(qiáng)度開(kāi)采下的突水潰砂災(zāi)害機(jī)理與防控模式進(jìn)行了研究和討論[8-10]。范立民等[11]在分析榆神府礦區(qū)采掘誘發(fā)突水潰砂災(zāi)害機(jī)理的基礎(chǔ)上，采用多源數(shù)據(jù)融合模型進(jìn)行了突水潰砂危險(xiǎn)性綜合評(píng)價(jià)分區(qū)。謝曉深等[12]以榆神府礦區(qū)的典型煤礦為例，通過(guò)構(gòu)建地表裂縫動(dòng)態(tài)發(fā)育模型，揭示了坡體滑移對(duì)裂縫活動(dòng)的影響機(jī)理，為地表沉陷治理和生態(tài)環(huán)境修復(fù)提供了借鑒。李舒等[13]從多方面分析了神府南區(qū)延安組含水層富水性的影響因素，并討論了延安組含水層富水性對(duì)礦井涌水量的影響，為榆神府礦區(qū)資源安全高效開(kāi)采，以及頂?shù)装逅Ψ揽靥峁┝藚⒖?。董?shū)寧等[14]以張家峁煤礦為例，從水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的角度出發(fā)，研究了礦區(qū)的水資源類(lèi)型和特征，劃分了保水開(kāi)采分區(qū)，并提出了燒變巖區(qū)域帷幕注漿截流的新技術(shù)。張東升等[15]圍繞西北煤田地層結(jié)構(gòu)特征與淺表層水循環(huán)作用機(jī)理、淺埋厚煤層采動(dòng)覆巖結(jié)構(gòu)與隔水層穩(wěn)定性時(shí)空演變規(guī)律、水資源保護(hù)性采煤機(jī)理與控制理論三個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題展開(kāi)了系統(tǒng)研究。此外，還有眾多學(xué)者對(duì)榆神府礦區(qū)的水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征、突水潰砂危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)、水害防控技術(shù)與實(shí)踐、生態(tài)環(huán)境保護(hù)與治理等方面展開(kāi)了分析與討論[16-20]。

水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征的研究是水害評(píng)價(jià)和治理的重要基礎(chǔ)性工作，上述研究成果也都是主要以榆神府礦區(qū)的水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)研究為基礎(chǔ)展開(kāi)的。然而，榆神府礦區(qū)各個(gè)礦山的主要充水含水層、隔水層及煤層賦存條件差異巨大，導(dǎo)致研究結(jié)果不能完全套用，需要展開(kāi)針對(duì)性的研究。因此，本文主要以榆神府礦區(qū)檸條塔煤礦為例，在對(duì)其地質(zhì)條件和構(gòu)造發(fā)育情況進(jìn)行系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，研究了礦區(qū)的水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征與水害治理模式和效果，為后續(xù)水害治理工程的開(kāi)展及開(kāi)拓工程設(shè)計(jì)提供了有價(jià)值的參考。

1 研究區(qū)工程背景

1.1 煤層

檸條塔煤礦位于陜北黃土高原北部，毛烏素沙漠東南緣，為大型現(xiàn)代化礦井，井田面積約119.77 km2。礦井采用斜井多水平開(kāi)拓，綜合機(jī)械化采煤，一次采全高垮落式管理頂板方法。檸條塔煤礦分兩個(gè)水平開(kāi)采，一水平開(kāi)采1-2上煤層、1-2煤層、2-2煤層、2-2下煤層、3-1煤層，二水平開(kāi)采4-2煤層、4-3煤層、5-2上煤層、5-2煤層，目前礦井主要開(kāi)采2-2煤層。該煤層位于延安組第四段頂部，埋深14.00～262.14 m，厚度0.70～9.33 m，為中厚～厚煤層，賦存區(qū)全部可采，可采煤層厚度變化較大，但規(guī)律性明顯，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，煤類(lèi)單一，煤質(zhì)變化小，屬穩(wěn)定型煤層。在礦區(qū)中東部存在煤層自燃區(qū)，面積約4.06 km2。

1.2 地形地貌

檸條塔煤礦地形西北、西南高，中部低。礦區(qū)南翼大部分地表被風(fēng)積沙及薩拉烏蘇組沙層所覆蓋，局部地表出露第四系黃土及新近系紅土。礦區(qū)北翼地表大部出露第四系黃土及新近系紅土，基巖零星出露于溝谷兩側(cè)。井田地貌單元可分為風(fēng)沙區(qū)、河谷區(qū)和黃土丘陵溝壑區(qū)三種地貌類(lèi)型，其中以風(fēng)沙區(qū)和黃土丘陵溝壑區(qū)為主。井田地處風(fēng)沙地貌向黃土丘陵地貌的過(guò)渡地帶，南翼地貌類(lèi)型以風(fēng)沙區(qū)和河谷區(qū)為主。

1.3 地質(zhì)與構(gòu)造

據(jù)鉆孔揭露及地質(zhì)填圖資料，區(qū)內(nèi)地層由老至新依次有：三疊系上統(tǒng)永坪組（T3y），侏羅系中統(tǒng)延安組（J2y）、直羅組（J2z）、安定組（J2a），新近系上新統(tǒng)保德組（N2b），第四系中更新統(tǒng)離石組（Q2l），第四系上更新統(tǒng)馬蘭組（Q3m）和薩拉烏蘇組（Q3s），第四系全新統(tǒng)風(fēng)積沙（Q4eol）和沖積層（Q4al）。檸條塔煤礦整體上為一向北西傾斜的單斜構(gòu)造，未見(jiàn)大的斷裂發(fā)育，地殼活動(dòng)主要表現(xiàn)為垂向的升降運(yùn)動(dòng)，形成了一系列沉積間斷的假整合與不整合面，無(wú)巖漿巖活動(dòng)，構(gòu)造較為簡(jiǎn)單，如圖1所示。

圖1 陜北地區(qū)構(gòu)造分區(qū)及構(gòu)造綱要圖Fig.1 Structural zoning and outline map of North Shaanxi Province

2 研究區(qū)水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征

2.1 地下水補(bǔ)給、徑流、排泄條件

1）地下水補(bǔ)給。研究區(qū)內(nèi)潛水主要接受大氣降水的入滲補(bǔ)給，沙層區(qū)還可能接受部分凝結(jié)水補(bǔ)給。薩拉烏蘇組含水層主要接受大氣降水補(bǔ)給，尤其是南部沙層覆蓋區(qū)，降水入滲條件好，補(bǔ)給量較大。因此，局部地段水量較為豐富，富水性較強(qiáng)。燒變巖含水層主要接受潛水含水層的側(cè)向補(bǔ)給，如薩拉烏蘇組含水層水在淺部區(qū)域大部分補(bǔ)給至燒變巖區(qū)，燒變巖含水層還接受露頭區(qū)大氣降水和地表水的補(bǔ)給，如圖2所示。

圖2 薩拉烏蘇組與燒變巖補(bǔ)給關(guān)系示意圖Fig.2 Relationship between the Sarawusu Formation and the supply of burnt rocks

基巖風(fēng)化帶含水層主要接受側(cè)向徑流補(bǔ)給，通過(guò)風(fēng)化裂隙接受側(cè)向或上覆含水層水的補(bǔ)給。根據(jù)礦井S1210工作面的涌水水質(zhì)及群孔放水試驗(yàn)分析可知，基巖風(fēng)化帶水是其涌水來(lái)源之一，風(fēng)化帶存在強(qiáng)富水區(qū)，并與其他含水體存在徑流通道，屬于動(dòng)態(tài)補(bǔ)給充足的含水層[21]。其他基巖含水層主要接受露頭區(qū)大氣降水補(bǔ)給，含水層露頭區(qū)主要位于溝谷切割區(qū)和河流階地。由于研究區(qū)大部分河流為V型，因此，一般含水層露頭面積不大，但局部存在較為寬緩的出露地段，這些含水層露頭可能接受大氣降水補(bǔ)給，還可能接受地表水的補(bǔ)給，尤其是雨季，河谷中水位上漲時(shí)，可能對(duì)含水層形成側(cè)向的入滲。另外，基巖含水層還接受區(qū)域側(cè)向補(bǔ)給和潛水的垂向補(bǔ)給?；鶐r含水層主要為不同粒徑砂巖含水層，富水性整體較弱。

2）地下水徑流。檸條塔煤礦地下水的徑流具有分區(qū)性，地表分水嶺和地下分水嶺位置基本一致，地下水的流向受地形地貌的制約，具有多向性，總趨勢(shì)是從地下水分水嶺地帶向周?chē)鷾瞎葏^(qū)運(yùn)移，而基巖承壓水還會(huì)順層面或裂隙由高到低緩慢運(yùn)動(dòng)，部分通過(guò)裂隙向下伏含水層徑流。地下水大部分流向中部，薩拉烏蘇組含水層水在龔家梁以南向南徑流。

3）地下水排泄?；鶐r地下水沿裂隙或順層面運(yùn)動(dòng)時(shí)，在溝谷切割地段以下降泉的形式排泄，或通過(guò)透水“天窗”以越流形式補(bǔ)給上覆含水層，部分含水層水順巖層向深部徑流，潛水含水層還通過(guò)地表蒸發(fā)進(jìn)行排泄。承壓水因受隔水層和地形的影響，具有多層性，深部徑流遲緩，基本處于滯流狀態(tài)。

2.2 礦井主要充水水源

1）大氣降水。根據(jù)神木市氣象站資料，檸條塔煤礦區(qū)域年平均降水量為434.10 mm，集中在7月—9月，占全年降水量的50%～70%，歷年最大日降水量135.20 mm。大氣降水是檸條塔煤礦的直接充水水源和間接充水水源。首先，大氣降水通過(guò)溝谷區(qū)發(fā)育至地表的采動(dòng)裂隙直接進(jìn)入礦井，成為涌水來(lái)源之一。其次，大氣降水通過(guò)含水層露頭或地表入滲補(bǔ)給含水層，成為礦井的間接充水水源。

2）地表水。井田區(qū)域主要地表水體為廟溝及其支流、考考烏素溝及其支流肯鐵嶺河和小侯家母河溝、蘆草溝及部分季節(jié)性溝谷河流。根據(jù)礦井規(guī)劃工作面和地表地形，北翼N1215工作面、N1217工作面等位于新民溝支溝下覆，逐漸向廟溝支流推近，在黃土梁峁區(qū)溝谷切割較深，地表水在溝谷薄基巖區(qū)通過(guò)原生裂隙進(jìn)入礦井。南翼S1204工作面位于肯鐵令溝溝腦位置，且鄰近蘆草溝部分溝谷底部出露基巖風(fēng)化帶和基巖，地表水體和含水層之間通過(guò)原生裂隙存在直接的補(bǔ)排關(guān)系。

3）地下水。檸條塔煤礦的主要充水含水層包括松散含水層和基巖含水層。其中，風(fēng)化基巖含水層南北翼厚度變化不大，在20～30 m之間。由于各煤層之間局部區(qū)域間距較小，下煤層采動(dòng)裂隙將直接擾動(dòng)上覆煤層，并與其頂板破壞帶連通，因此，煤層頂板砂巖含水層和燒變巖含水層成為礦井的直接充水水源；松散層潛水為礦井直接或間接充水水源。直羅組基巖風(fēng)化帶水是礦井的重要充水水源之一，尤其是礦井南翼的沙層覆蓋區(qū)，基巖風(fēng)化帶水可能成為礦井將來(lái)的主要充水水源。

4）老空水。老空水是檸條塔煤礦的主要充水水源之一，包括井田內(nèi)老窯水及周邊小窯水和本礦井采空區(qū)積水。根據(jù)礦井采掘工程布置情況，北翼2-2煤層回風(fēng)大巷西部已經(jīng)采完10個(gè)工作面，6個(gè)采空區(qū)存在不同程度的積水，2-2煤層輔運(yùn)大巷東部也有9個(gè)面已被回采，5個(gè)采空區(qū)存在不同程度的積水。井田東部還存在崔家溝煤礦、隆巖煤礦和河西煤礦等3個(gè)小煤礦，采空區(qū)可能存在積水；南翼2-2煤層已經(jīng)回采完20個(gè)工作面，其中17個(gè)采空區(qū)有積水，故在回采其相鄰工作面或相近工作面時(shí)均受到來(lái)自采空區(qū)積水的威脅。

5）燒變巖水。檸條塔煤礦南翼東北部分布有不規(guī)則的燒變巖區(qū)。燒變巖具有大量的氣孔、燒變裂隙及爐渣狀構(gòu)造的空洞，含水層主要在下部，其儲(chǔ)水空間開(kāi)闊，補(bǔ)給排泄通暢，導(dǎo)水性強(qiáng)，是礦區(qū)內(nèi)一個(gè)特殊的含水層，主要接受薩拉烏蘇組松散含水層側(cè)向補(bǔ)給形成。燒變巖區(qū)分布面積較廣，但含水面積不大，其富水性取決于補(bǔ)給條件及儲(chǔ)水條件。礦區(qū)南翼東南部新發(fā)現(xiàn)有1-2上煤層燒變巖區(qū)，富水性整體上為弱～中等。

2.3 礦井水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征

1）北翼2-2煤層。根據(jù)北翼2-2煤層未來(lái)三年計(jì)劃開(kāi)采的N12121工作面、N1215工作面、N1217工作面內(nèi)的鉆孔資料分析，煤層頂板巖性以粉砂巖、細(xì)粒砂巖為主，煤層可采厚度為1.87～4.88 m，平均厚度為2.82 m；煤層底板標(biāo)高在1 102.54～1 122.32 m之間，平均標(biāo)高為1 115.12 m；煤層頂板至基巖頂面距離在90.88～118.46 m之間，平均距離為99.95 m；保德組厚度在0～94.74 m之間，平均厚度為58.02 m。因此，N12121工作面、N1215工作面、N1217工作面導(dǎo)水裂隙帶不會(huì)直接導(dǎo)通至第四系松散層，上覆基巖含水層水將成為礦井充水的直接水源，對(duì)2-2煤層工作面回采構(gòu)成影響，規(guī)劃期北翼各工作面為黃土地貌，溝谷切割較深，局部溝谷區(qū)域，開(kāi)采采動(dòng)裂隙直接溝通風(fēng)化基巖含水層、第四系含水層，如圖3所示。

圖3 北翼1-2煤層、2-2煤層與含水層空間結(jié)構(gòu)關(guān)系Fig.3 Spatial structure relationship between 1-2 and 2-2 coal seams in the north wing and aquifers

2）南翼2-2煤層。根據(jù)南翼2-2煤層未來(lái)三年計(jì)劃開(kāi)采的S1231工作面、S1232工作面、S1233工作面、S1212工作面、S1214工作面、S1216工作面、S1202工作面、S1204工作面內(nèi)的鉆孔資料分析，煤層頂板巖性以粉砂巖、細(xì)粒砂巖為主，煤層可采厚度為4.15～8.33 m，平均厚度5.31 m；煤層底板標(biāo)高在1 100.89～1 155.512 m之間，平均標(biāo)高為1 122.08 m；煤層頂板至基巖頂面距離在67.13～129.78 m之間，平均距離為93.36 m；保德組厚度在0～105.3 m之間，平均厚度為63.34 m。東區(qū)S1231工作面、S1232工作面、S1233工作面導(dǎo)水裂隙帶已突破至第四系發(fā)育至地表，西區(qū)S1204工作面對(duì)應(yīng)地表所處位置為肯鐵令溝，導(dǎo)水裂隙帶在溝谷處已發(fā)育至第四系松散層或突破至地表。S1212工作面、S1214工作面、S1216工作面導(dǎo)水裂隙帶已突破至紅土層或第四系松散層，如圖4所示。

圖4 南翼2-2煤層與含水層空間結(jié)構(gòu)關(guān)系Fig.4 Spatial structure relationship between 2-2 coal seam in the south wing and aquifers

3 研究區(qū)水害治理模式

3.1 火燒區(qū)突水潰砂評(píng)價(jià)

檸條塔南翼東區(qū)發(fā)育有1-2上煤層隱伏火燒區(qū)，S1232工作面回采中3 030～3 260 m段處為1-2上煤層隱伏火燒區(qū)的北緣。前期歷次勘探中，SK水1孔的單位涌水量可達(dá)0.179 898 L/s·m，地面BK41孔鉆探中出現(xiàn)大漏、掉塊、坍塌現(xiàn)象，井下多個(gè)探放水鉆孔的初始涌水量超過(guò)100 m3/h。根據(jù)前期對(duì)火燒區(qū)工作面回采涌水量的預(yù)測(cè)結(jié)果，S1232工作面正常涌水量518 m3/h，最大涌水量為689 m3/h，火燒區(qū)所處區(qū)域初次揭露時(shí)正常涌水量327 m3/h，最大涌水量為434 m3/h。以上涌水量?jī)H是理論計(jì)算的水量，由于火燒區(qū)水文地質(zhì)條件的特殊性和復(fù)雜性，工作面采至火燒區(qū)附近時(shí)，不排除有更大涌水量的可能。由于S1232工作面回采至火燒區(qū)時(shí)瞬間涌水量較大，因此，火燒區(qū)燒變巖水可能對(duì)工作面的正常回采造成一定影響和威脅。

結(jié)合前文分析，1-2煤層隱伏火燒區(qū)及其上覆風(fēng)化基巖含水層較原巖裂隙發(fā)育程度高且水力聯(lián)系密切，富水性強(qiáng)，放水試驗(yàn)期間放水量大，水位恢復(fù)速度快，說(shuō)明補(bǔ)給量充足，地下水徑流條件好，且風(fēng)化基巖頂部可能存在較大的風(fēng)化裂隙，通過(guò)地下水動(dòng)力異地搬用松散沙層堆積在紅土層底部，使火燒區(qū)下部2-2煤層回采工作面可能存在突水潰砂風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 火燒區(qū)治理工程設(shè)計(jì)

為了對(duì)火燒區(qū)進(jìn)行治理，降低突水潰砂風(fēng)險(xiǎn)，共布置兩排帷幕注漿孔。各排長(zhǎng)度超出火燒區(qū)邊界50 m，其中，內(nèi)排線距離輔運(yùn)巷道外緣50 m，內(nèi)外排之間間距約13 m，每排鉆孔間距15 m，各兩排鉆孔錯(cuò)開(kāi)成梅花形，內(nèi)外排共布置63個(gè)鉆孔，包括40個(gè)注漿孔、18個(gè)探查孔、5個(gè)抽水孔。探查孔的目的是探查火燒區(qū)的邊界和底界，探查基巖風(fēng)化帶的巖性、厚度和風(fēng)化特征。探查孔及抽水孔完成探查任務(wù)后均作為注漿孔。注漿完成后在兩排注漿孔中間布置5個(gè)檢查孔，檢查注漿工程的效果。為了進(jìn)行對(duì)比，在注漿線內(nèi)外布置3個(gè)水文長(zhǎng)觀孔，鉆孔布置情況如圖5所示。

圖5 火燒區(qū)探查治理工程鉆孔布置平面示意圖Fig.5 Schematic diagram of drilling layout for the exploration and treatment project in the burning area

以上鉆孔穿過(guò)風(fēng)積沙、黃土、紅土、基巖風(fēng)化帶、燒變巖及完整基巖，進(jìn)入完整基巖的深度為5 m，平均孔深為130 m，如圖6所示。探查孔、注漿孔和檢查孔的鉆孔一開(kāi)孔口鉆孔Φ219 mm，一開(kāi)套管直徑Φ190 mm，長(zhǎng)度約30 m，要求進(jìn)入到土層中2 m以隔開(kāi)上部沙層。本層套管為措施管，目的是防止上部風(fēng)積沙坍塌。二開(kāi)鉆孔Φ146 mm，套管直徑Φ108 mm，長(zhǎng)度約75 m，要求進(jìn)入到基巖頂部或燒變巖頂部2 m。之后裸孔段Φ91 mm孔徑鉆進(jìn)至燒變巖底板正?；鶐r5 m。二開(kāi)套管為注漿管，要求固結(jié)后耐壓試驗(yàn)壓力不低于5.0 MPa。

3.3 注漿效果驗(yàn)證

采用放水試驗(yàn)驗(yàn)證帷幕注漿的效果，選取治理工程附近區(qū)域火燒區(qū)周?chē)你@孔作為放水孔，放水前對(duì)堵塞鉆孔進(jìn)行疏通，確保放水孔出水順暢。

注漿治理工程開(kāi)始前先進(jìn)行一次放水試驗(yàn)，由于井下放水孔一直處于打開(kāi)狀態(tài)，于2022年5月13日安排將井下放水孔關(guān)閉，關(guān)閉前F24孔、F25孔、F26孔總水量約為25 m3/h，F(xiàn)23孔、F29孔、F30孔總水量約為13 m3/h，關(guān)閉井下放水孔后，進(jìn)行水位恢復(fù)觀測(cè)，試驗(yàn)結(jié)束后再重新打開(kāi)井下疏放水孔，各孔水位恢復(fù)情況如圖7所示。由圖7可知，F(xiàn)23孔初始水壓0.8 MPa，關(guān)水后25 min后水壓恢復(fù)至0.6 MPa；F24孔初始水壓0.9 MPa，關(guān)水后5.55 h后水壓恢復(fù)至0.6 MPa；F25孔初始水壓0.9 MPa，關(guān)水后4.05 h后水壓恢復(fù)至0.6 MPa；F26孔初始水壓0.8 MPa，關(guān)水后4 h之內(nèi)水壓恢復(fù)至0.6 MPa；F29孔初始水壓0.8 MPa，截至關(guān)水，鉆孔已經(jīng)基本無(wú)水；F30孔初始水壓0.8 MPa，關(guān)水后25 min之內(nèi)水壓恢復(fù)至0.6 MPa。N01孔、S02孔同步水位有上升現(xiàn)象，S01孔水位有下降現(xiàn)象，K1-1孔水位無(wú)明顯變化，如圖8～圖10所示。通過(guò)注漿前關(guān)閉放水孔后水位恢復(fù)情況可知，除S01孔和K1-1孔外，其余鉆孔與井下放水孔水力聯(lián)系密切，井下關(guān)水后水位迅速抬升，分析可知，地下水補(bǔ)給來(lái)源較為充足。

圖7 注漿前關(guān)閉放水孔后部分鉆孔水位恢復(fù)情況Fig.7 Recovery of water level after closing in some drainage hole before grouting

圖8 N01觀測(cè)孔水位歷史曲線圖Fig.8 Historical curve of water level at N01 observation hole

注漿治理工程結(jié)束后進(jìn)行了第二次放水試驗(yàn)，由于井下放水孔一直處于打開(kāi)狀態(tài)，關(guān)閉前井下6個(gè)疏放水孔總水量從注漿前的38.0 m3/h衰減至8.2 m3/h，其中，F(xiàn)23孔、F25孔注漿后放水孔被堵死，F(xiàn)30孔基本無(wú)水。2022年8月30日4:50將井下放水孔關(guān)閉，進(jìn)行水位恢復(fù)觀測(cè)，試驗(yàn)結(jié)束后再重新打開(kāi)井下疏放水孔。在關(guān)水試驗(yàn)的第二天井下設(shè)備基站出現(xiàn)故障，數(shù)據(jù)中斷，設(shè)備維修方于2022年9月7日下午進(jìn)行了維修，數(shù)據(jù)傳輸恢復(fù)正常。由于注漿施工期間井下F23孔、F25孔已被漿液堵死，F(xiàn)30孔無(wú)水，監(jiān)測(cè)儀器傳感器損壞，數(shù)據(jù)異常。

F24孔初始水壓0.9 MPa，關(guān)水后34 h后水壓一直為零，后數(shù)據(jù)中斷，9月7日數(shù)據(jù)恢復(fù)后，水壓恢復(fù)至0.22 MPa，直至9月15日水位一直穩(wěn)定在0.22 MPa左右；F26孔初始水壓0.8 MPa，關(guān)水后5.55 h后水壓恢復(fù)至0.6 MPa；F25孔初始水壓0.9 MPa，關(guān)水后34 h后水壓一直為零，9月7日數(shù)據(jù)恢復(fù)后，水壓恢復(fù)至0.09 MPa，直至9月15日水位一直穩(wěn)定在0.09 MPa左右；F29孔初始水壓0.8 MPa，關(guān)水前鉆孔已經(jīng)基本無(wú)水，關(guān)水后34 h后水壓一直為0.04 MPa，9月7日數(shù)據(jù)恢復(fù)后，水壓恢復(fù)至0.65 MPa，直至9月15日水位一直穩(wěn)定在0.65 MPa左右。第二次關(guān)水試驗(yàn)期間地面數(shù)據(jù)傳輸正常，地面的K1-1孔在注漿期間串漿，導(dǎo)致觀測(cè)孔失效，其余觀測(cè)孔同第一次放水試驗(yàn)相比，由于注漿治理的效果導(dǎo)致受井下關(guān)水和放水的影響明顯減小。

N01孔位于帷幕線北側(cè)，注漿后N01孔關(guān)水前水位標(biāo)高1 212.53 m，關(guān)水后水位緩慢上升，截至2022年9月15日水位標(biāo)高為1 213.47 m左右，水位抬升0.94 m，較之前明顯變化速率降低且幅度變小，表明N01孔的水源補(bǔ)給由于帷幕的形成而大量減少。S01孔位于帷幕線南側(cè)，由圖9可知，注漿后S01孔關(guān)水前水位標(biāo)高1 212.13 m，關(guān)水后水位緩慢上升，截至9月15日水位標(biāo)高為1 213.24 m左右，水位抬升1.11 m，較之前沒(méi)有了持續(xù)下降的形態(tài)，表明S01孔由于帷幕的形成導(dǎo)致與S1232工作面的水力聯(lián)系降低。S02孔位于帷幕線南側(cè)，由圖10可知，注漿后S02孔關(guān)水后水位緩慢下降，截至9月15日水位標(biāo)高為1 206.43 m左右，水位降低6.86 m，較之前與S1232工作面放水試驗(yàn)無(wú)相關(guān)性，水位的降低與S1233工作面放水有關(guān)，表明S02孔由于帷幕的形成導(dǎo)致與S1232工作面的水力聯(lián)系降低。

圖9 S01觀測(cè)孔水位歷史曲線圖Fig.9 Historical curve of water level at S01 observation hole

圖10 S02觀測(cè)孔水位歷史曲線圖Fig.10 Historical curve of water level at S02 observation hole

通過(guò)注漿后放水試驗(yàn)可知，注漿工程實(shí)施后井下關(guān)水水位恢復(fù)較注漿前明顯變慢，說(shuō)明注漿對(duì)火燒區(qū)改造明顯。S1232工作面上覆基巖含水層和南側(cè)燒變巖含水層的水力聯(lián)系明顯降低，工作面回采過(guò)程中，南側(cè)燒變巖含水層的補(bǔ)給將大幅度減小，可確保工作面安全通過(guò)燒變巖區(qū)域。

4 結(jié) 論

本文在對(duì)榆神府礦區(qū)檸條塔煤礦地質(zhì)條件和構(gòu)造發(fā)育情況進(jìn)行系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，從礦區(qū)地下水的補(bǔ)給、徑流、排泄條件，主要充水水源，礦體與含水層的空間結(jié)構(gòu)關(guān)系三個(gè)方面對(duì)礦山的水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行了分析，并提出了對(duì)應(yīng)的治理模式和驗(yàn)證方法，得到的主要結(jié)論如下所述。

1）檸條塔煤礦地表淺部松散層主要接受大氣降水補(bǔ)給，基巖風(fēng)化帶含水層主要接受側(cè)向徑流補(bǔ)給。礦井充水水源主要包括大氣降水、地表水、含水層水、老空水和燒變巖水五種，不同煤層根據(jù)其埋深、開(kāi)采厚度、冒裂帶發(fā)育高度等不同具有不同的充水水源。

2）檸條塔煤礦火燒區(qū)及其上覆風(fēng)化基巖含水層較原巖裂隙發(fā)育程度高且水力聯(lián)系密切，使火燒區(qū)下部2-2煤層回采工作面存在突水潰砂風(fēng)險(xiǎn)。為了保障煤層的安全開(kāi)采，設(shè)計(jì)并施工了兩排帷幕注漿孔，注漿治理工程完成后的放水試驗(yàn)結(jié)果表明，燒變巖含水層補(bǔ)給量大幅度減小，治理效果顯著。

3）礦山水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征研究是水害評(píng)價(jià)和治理的重要基礎(chǔ)，本文提出的治理方案及驗(yàn)證方法可以為榆神府礦區(qū)相似水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)的礦山提供借鑒和參考。